CN105530142B - 一种用于cwdm光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法，本发明在CWDM光通信网络的网管系统中，采用全透明广播式的协议来管理整个拓扑网络，在网络设备规模较大时，其数据传输延迟较大，本发明在不改变硬件与网络布局的前提下，即在不增加成本的前提下，通过优化软件算法，对整个网络的数据包进行有效的划分与调度管理，使得整个网络的延迟得到了有效的改善，使得整个网络能更好保持在长期可维护与可修复的状态，从整体上提升了网络的传输速度，可靠性，稳定性，同时也达到降低维护的成本。
Description
技术领域
本发明涉及探测器技术领域，尤其涉及一种用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法。
背景技术
粗波分复用技术简称CWDM(Coarse Wavelength Division Multiplex)，是一种面向城域网的新一代成熟的低成本光通信传输技术，它利用WDM光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤中进行传输，解决了光纤资源不足，光纤复用率低，业务扩容不足等问题。CWDM网络主要由光纤复用设备组成，而其网管系统运行于每台光纤复用设备中，通过同一波长在光纤中相互传送网管数据包，用于管理整个网络中的光纤复用设备。其网络拓扑结构主要以树状，网状进行分布，采用全透明广播式的HomeplugAV EOC协议进行管理。全透明广播协议实现了对网络中每台设备的自治管理，研发成本低，其网络布局不受约束，加快了设备部署速度，降低了应用成本，但其存在一个严重的缺陷，即没有高效的路由算法的支撑，网络中将存在着大量的重复数据包，数据冗余量过大增加了网络负载与延迟，网络容易阻塞，且容易受攻击而引起全网瘫痪，同时，当网络中的设备规模足够大时，从监控端到位于网络拓扑的树叶结点上设备的数据传输的时间延迟将不断增大，从而也会引起全网的阻塞。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括以下步骤：
步骤S1：根据CWDM网络树状拓扑结构以及每台设备最小与最大的数据传输延迟进行划分约束；
步骤S2：根据步骤S1中的划分约束，对全网数据传输的延迟建立优化方法数学模型；
步骤S3：对各数据进行假设，
T1：最小全网数据传输延迟时间为D；
T2：每台设备数据包响应延迟为L(n)，从树根结点设备1，向树的叶子结点n传输数据包，其延迟为L(n)(1……n)，其表示数据包从根节点设备到达叶子结点n的总延迟；
T3：是否对数据包进行优先级划分为F(a)，延迟降低比率为G(a)；
T4：是否对数据包生命周期划分为F(b)，延迟降低比率为G(b)；
T5：是否对数据包进行传输方向与深度划分为F(c)，延迟降低比率为G(c)。
本发明优选的，根据步骤S1，划分约束包括数据包优先级划分、生命周期划分和传输方向与深度划分。
本发明优选的，根据步骤S3，当从树根结点，向所有叶子结点传输完数据包，其延迟总和为D，则：
D＝MIN(SUM(n)(L(1…n)))；
SUM(L(n)(1…n))＝L(1)(1)+L(2)(1…2)+…+L(n)(1……n)；
令LL(x)＝L(x)(1…x)＝L(1)+L(2)+…+L(x)，x表示网络中结点设备；
假设每台设备数据包响应延迟最小值为100ms，最大值为500ms，记：
MIN(L(x))＝100ms＝L(MIN)；
MAX(L(x))＝500ms＝L(MAX)；
采用延迟优化方法后，结点x的延迟为：
LLd(x)＝G(F(a)，a)*G(F(b)，b)*G(F(c)，c)*LL(x)；
F(a)＝0/1；
F(b)＝0/1；
F(c)＝0/1；
如果F(a)＝0，G(F(a)，a)＝1，则，G(F(a)，a)＝G(a)；
如果F(b)＝0，G(F(b)，b)＝1，则，G(F(b)，b)＝G(b)；
如果F(c)＝0，G(F(c)，c)＝1，则，G(F(c)，c)＝G(c)；
G(a)＝SUM(E(a(1)，a(2)，a(3)，…，a(N-1))＝E(a(1))+E(a(2))+…+E(a(N-1))＝【1/N，2/N，…，(N-1)/N】；
E(a(i))＝1/N，i＝【1，2，…，N-1】，i表示按优先级划分时的优先级数，取值范围是1到N-1；
G(b)＝SUM(E(b(1)，b(2)，b(3)，…，b(M-1))＝E(b(1))+E(b(2))+…+E(b(M-1))＝【1/M，2/M，…，(M-1)/M】；
E(b(i))＝1/M，i＝【1，2，…，M-1】，i表示按生命周期划分时的生命周期数，取值范围是1到M-1；
G(c)＝SUM(E(c(1)，c(2)，c(3),…,c(K-1))＝E(c(1))+E(c(2))+…+E(c(K))＝【1/K，2/K，…，(K-1)/K】；
E(c(i))＝1/K，i＝【1，2，…，K-1】，i表示按传输方向与深度划分时的方向参数，取值范围是1到K-1；
MIN(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝1/N*1/M*1/K＝1/(N*M*K)；
MAX(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝(N-1)/N*(M-1)/M*(K-1)/K＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)；
结点x的数据包响应延迟为：
MIN(MIN(LL d(x)))＝1/(N*M*K)*L(MIN)*n；
MAX(MIN(LL d(x)))＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)*L(MAX)*n；
其中，N为数据包优先级，M为时间序列化参数，K为传输方向参数。
本发明的有益效果在于：
本发明在CWDM光通信网络的网管系统中，采用全透明广播式的协议来管理整个拓扑网络，在网络设备规模较大时，其数据传输延迟较大，本发明在不改变硬件与网络布局的前提下，即在不增加成本的前提下，通过优化软件算法，对整个网络的数据包进行有效的划分与调度管理，使得整个网络的延迟得到了有效的改善，使得整个网络能更好保持在长期可维护与可修复的状态，从整体上提升了网络的传输速度，可靠性，稳定性，同时也达到降低维护的成本。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明：
本发明包括以下步骤：
步骤S1：根据CWDM网络树状拓扑结构以及每台设备最小与最大的数据传输延迟进行划分约束，划分约束包括数据包优先级划分、生命周期划分和传输方向与深度划分；
步骤S2：根据步骤S1中的划分约束，对全网数据传输的延迟建立优化方法数学模型；
步骤S3：对各数据进行假设，
T1：最小全网数据传输延迟时间为D；
T2：每台设备数据包响应延迟为L(n)，从树根结点设备1，向树的叶子结点n传输数据包，其延迟为L(n)(1……n)，其表示数据包从根节点设备到达叶子结点n的总延迟；
T3：是否对数据包进行优先级划分为F(a)，延迟降低比率为G(a)；
T4：是否对数据包生命周期划分为F(b)，延迟降低比率为G(b)；
T5：是否对数据包进行传输方向与深度划分为F(c)，延迟降低比率为G(c)。
当从树根结点，向所有叶子结点传输完数据包，其延迟总和为D，则：
D＝MIN(SUM(n)(L(1…n)))；
SUM(L(n)(1…n))＝L(1)(1)+L(2)(1…2)+…+L(n)(1……n)，x表示网络中结点设备；
令LL(x)＝L(x)(1…x)＝L(1)+L(2)+…+L(x)；
假设每台设备数据包响应延迟最小值为100ms，最大值为500ms，记：
MIN(L(x))＝100ms＝L(MIN)；
MAX(L(x))＝500ms＝L(MAX)；
采用延迟优化方法后，结点x的延迟为：
LLd(x)＝G(F(a)，a)*G(F(b)，b)*G(F(c)，c)*LL(x)；
F(a)＝0/1；
F(b)＝0/1；
F(c)＝0/1；
如果F(a)＝0，G(F(a)，a)＝1，则，G(F(a)，a)＝G(a)；
如果F(b)＝0，G(F(b)，b)＝1，则，G(F(b)，b)＝G(b)；
如果F(c)＝0，G(F(c)，c)＝1，则，G(F(c)，c)＝G(c)；
G(a)＝SUM(E(a(1)，a(2)，a(3)，…，a(N-1))＝E(a(1))+E(a(2))+…+E(a(N-1))＝【1/N，2/N，…，(N-1)/N】；
E(a(i))＝1/N，i＝【1，2，…，N-1】，i表示按优先级划分时的优先级数，取值范围是1到N-1；
G(b)＝SUM(E(b(1)，b(2)，b(3)，…，b(M-1))＝E(b(1))+E(b(2))+…+E(b(M-1))＝【1/M，2/M，…，(M-1)/M】；
E(b(i))＝1/M，i＝【1，2，…，M-1】，i表示按生命周期划分时的生命周期数，取值范围是1到M-1；
G(c)＝SUM(E(c(1)，c(2)，c(3),…,c(K-1))＝E(c(1))+E(c(2))+…+E(c(K-1))＝【1/K，2/K，…，(K-1)/K】；
E(c(i))＝1/K，i＝【1，2，…，K-1】，i表示按传输方向与深度划分时的方向参数，取值范围是1到K-1；
则结点x的延迟降低比率为：
MIN(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝1/N*1/M*1/K＝1/(N*M*K)；
MAX(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝(N-1)/N*(M-1)/M*(K-1)/K＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)；
结点x的数据包响应延迟为：
MIN(MIN(LLd(x)))＝1/(N*M*K)*L(MIN)*n；
MAX(MIN(LLd(x)))＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)*L(MAX)*n；
其中，N为数据包优先级，M为时间序列化参数，K为传输方向参数。
本发明的实施例如下：
假设：
网络中设备共有255个，网络树的最大深度为n＝60，
数据包优化级有N＝5级，
数据包队列全部以时间序列化M＝2，
设备全部双向传输K＝2。
根据步骤S3则：
LL(MIN)＝6(s)；
LL(MAX)＝30(s)；
MIN(MIN(LL))＝300(ms)；
MAX(MIN(LL))＝6(s)；
MIN(MIN(LL))/LL＝5％，即整体速度提升95％。
MAX(MIN(LL))/LL＝20％，即整体速度提升80％。
综上所述，本发明在CWDM光通信网络的网管系统中，采用全透明广播式的协议来管理整个拓扑网络，在网络设备规模较大时，其数据传输延迟较大，本发明在不改变硬件与网络布局的前提下，即在不增加成本的前提下，通过优化软件算法，对整个网络的数据包进行有效的划分与调度管理，使得整个网络的延迟得到了有效的改善，使得整个网络能更好保持在长期可维护与可修复的状态，从整体上提升了网络的传输速度，可靠性，稳定性，同时也达到降低维护的成本。
本领域技术人员不脱离本发明的实质和精神，可以有多种变形方案实现本发明，以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。
Claims (3)
1.一种用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据CWDM网络树状拓扑结构以及每台设备最小与最大的数据传输延迟进行划分约束；
步骤S2：根据步骤S1中的划分约束，对全网数据传输的延迟建立优化方法数学模型；
步骤S3：对各数据进行假设，
T1：最小全网数据传输延迟时间为D；
T2：每台设备数据包响应延迟为L(n)，从树根结点设备1，向树的叶子结点n传输数据包，其延迟为L(n)(1……n)，其表示数据包从根节点设备到达叶子结点n的总延迟；
T3：是否对数据包进行优先级划分为F(a)，延迟降低比率为G(a)；
T4：是否对数据包生命周期划分为F(b)，延迟降低比率为G(b)；
T5：是否对数据包进行传输方向与深度划分为F(c)，延迟降低比率为G(c)。
2.根据权利要求1所述的用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法，其特征在于：根据步骤S1，划分约束包括数据包优先级划分、生命周期划分和传输方向与深度划分。
3.根据权利要求1所述的用于CWDM光网络网管系统对数据传输延迟的优化方法，其特征在于：根据步骤S3，当从树根结点，向所有叶子结点传输完数据包，其延迟总和为D，则：
D＝MIN(SUM(L(n)(1…n)))；
SUM(L(n)(1…n))＝L(1)(1)+L(2)(1…2)+…+L(n)(1……n)；
令LL(x)＝L(x)(1…x)＝L(1)+L(2)+…+L(x)，x表示网络中结点设备；
假设每台设备数据包响应延迟最小值为100ms，最大值为500ms，记：
MIN(L(x))＝100ms＝L(MIN)；
MAX(L(x))＝500ms＝L(MAX)；
采用延迟优化方法后，结点x的延迟为：
LLd(x)＝G(F(a)，a)*G(F(b)，b)*G(F(c)，c)*LL(x)；
F(a)＝0/1；
F(b)＝0/1；
F(c)＝0/1；
如果F(a)＝0，G(F(a)，a)＝1，则，G(F(a)，a)＝G(a)；
如果F(b)＝0，G(F(b)，b)＝1，则，G(F(b)，b)＝G(b)；
如果F(c)＝0，G(F(c)，c)＝1，则，G(F(c)，c)＝G(c)；
G(a)＝SUM(E(a(1)，a(2)，a(3)，…，a(N-1))＝E(a(1))+E(a(2))+…+E(a(N-1))＝【1/N，2/N，…，(N-1)/N】；
E(a(i))＝1/N，i＝【1，2，…，N-1】，i表示按优先级划分时的优先级数，取值范围是1到N-1；
G(b)＝SUM(E(b(1)，b(2)，b(3)，…，b(M-1))＝E(b(1))+E(b(2))+…+E(b(M-1))＝【1/M，2/M，…，(M-1)/M】；
E(b(i))＝1/M，i＝【1，2，…，M-1】，i表示按生命周期划分时的生命周期数，取值范围是1到M-1；
G(c)＝SUM(E(c(1)，c(2)，c(3),…,c(K-1))＝E(c(1))+E(c(2))+…+E(c(K-1))＝【1/K，2/K，…，(K-1)/K】；
E(c(i))＝1/K，i＝【1，2，…，K-1】，i表示按传输方向与深度划分时的方向参数，取值范围是1到K-1；
则结点x的延迟降低比率为：
MIN(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝1/N*1/M*1/K＝1/(N*M*K)；
MAX(MIN(LLd(x)))/LL(x)＝(N-1)/N*(M-1)/M*(K-1)/K＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)；
结点x的数据包响应延迟为：
MIN(MIN(LLd(x)))＝1/(N*M*K)*L(MIN)*n；
MAX(MIN(LLd(x)))＝(N-1)*(M-1)*(K-1)/(N*M*K)*L(MAX)*n；
其中，N为数据包优先级，M为时间序列化参数，K为传输方向参数。
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